生產效率是傳統碼頭的213%，意味著什么？

當解放日報·上觀新聞記者置身于223萬平方米的洋山四期集裝箱碼頭，只見數百臺軌道吊和無人駕駛自動導引車在來往穿梭，而地面上竟然看不到一個人。

作為目前全球單體規模最大、智能化程度最高的集裝箱碼頭，洋山四期憑借上海港自主研發的自動化碼頭智能生產管理控制系統，在全球港口行業首次實現全業務自動化和核心業務智能化。

從貨物的卸載到堆放再到離場，所有的步驟都由智能生產管理控制系統這一“大腦”實時精準掌控。

日前，“洋山四期超大型自動化集裝箱碼頭關鍵技術研究與應用”榮獲2020年度上海市科技進步獎特等獎，部分成果分別已在14個國內外碼頭中得到應用。

【最大的難點就是構建自動化碼頭“大腦”】

港口是實施國家戰略的“硬核”力量，在洋山深水港建設自動化碼頭，是增強港口核心能力，適應當今世界港口科技發展趨勢的必然選擇。

上海港集裝箱吞吐量已連續十一年保持世界第一。與此同時，上海港堅持把科技創新作為引領企業發展的第一動力，聚焦科技強港建設，集中力量攻克關鍵技術，尤其是在自動化集裝箱碼頭這一未來港口發展的主要方向上。

在洋山四期集裝箱碼頭建設中，最大的難點就是構建自動化碼頭“大腦”：智能生產管理控制系統。該系統外連海運船舶、道路運輸、口岸監管等單位，內連計劃調度、設備設施各執行與傳感單元，覆蓋碼頭作業多場景、全流程，必須具有極高的功能適應性、性能高效性和運營可靠性。

傳統的自動化碼頭操控系統，采用主從式分級分層管控模式，對于某個箱子應該放在堆場的哪個位置，一般只計算一次。但實際情況要復雜得多，比如，堆場的箱子一般有5層，如果最底下的箱子需要最先裝載，翻箱率勢必就高；不斷地有箱子進場，還需要實時進行調整。無疑，這樣的傳統模式協同效率低，系統響應慢，制約了碼頭整體運營效率的提升。

“假設一艘船有2千個集裝箱，既要考慮堆場時順帶把空箱帶回岸邊，也要避免在未來幾天取貨時過高的翻箱率。”上港集團技術中心主任黃秀松告訴解放日報·上觀新聞記者，這需要細化每一個環節，比如：船舶到岸后應停靠在哪個區域，需要安排多少機械來卸貨，卸貨時從船的兩邊還是中間開始。

有別于傳統的自動化碼頭操控系統，面對大規模實時作業管控需求，一個超大型自動化集裝箱碼頭的智能管控系統，在感知、交互、監控方面的數據必然大幅增加，協同控制的計算量也呈幾何級上升。

如何提高洋山四期集裝箱碼頭“一盤棋”的協同效率？對此，上港集團牽頭集智攻關，構建起了數據差異量化模型和相關算法，攻克了無人設備全域感知、多體協同等核心技術，基于流程與數據雙驅動的信息交互平臺，創新研發了智能作業管控系統，解決了由于作業時空多變、狀態不確定導致的“協同難”關鍵問題，實現了系統與設備的海量數據動態協同與高效可靠，核心功能與性能全面超越國外產品，能力與效率均居全球自動化碼頭首位。

“過去我們配載一艘船需要4小時，現在只需15分鐘。”黃秀松說。

【年吞吐量和作業效率均居世界自動化碼頭首位】

走進洋山四期集裝箱碼頭的軌道吊遠程操控中心，不大且安靜。

“過去，108臺軌道吊需要108名操作人員現場作業，如今實現了高度自動化，只需7名操作人員實施遠程監控及特定場景參與操控即可。”上港集團尚東集裝箱碼頭分公司副總經理孫金余告訴解放日報·上觀新聞記者。

不管是軌道吊、橋吊，還是無人駕駛自動引導車等各類設備都會實時顯示狀態，一旦發生作業繁忙、機械故障等情況，系統會實時預警，監控人員可以第一時間進行調整、修復，使整體作業始終保持均衡，提升了碼頭的生產力。

由于在全球港口行業首次實現全業務自動化和核心業務智能化，洋山四期打破國外技術壟斷并實現反超，年吞吐量和作業效率均居世界自動化碼頭首位，勞動環境極大改善，碼頭作業實現零排放。自2017年12月開港以來，洋山四期的規模不斷擴大，產能不斷釋放，2018年達到201萬標準箱，2019年實現327萬標準箱，2020年突破420萬標準箱。生產效率是傳統碼頭的213%，屢創世界紀錄，晝夜吞吐量達20823.25標準箱。

【每臺集裝箱要被精確地吊起，背后頗具技術“含金量”】

除了構建自動化碼頭“大腦”，洋山四期在設備制造和碼頭設計方面也涌現了很多創新點。

每臺集裝箱要被精確地吊起，看似簡單，實際上頗具技術“含金量”。它不僅需要解決船舶搖晃導致的集裝箱對位變化，還需解決氣候風向導致的吊具搖晃等難題。技術人員為此創新研發了三維特征人工智能感知、吊具高精度自動扭擺控制等技術，從而實現對集裝箱位置的實時感知、對吊具狀態的精確控制，提升了約20%的碼頭運營效率。此外，還首創了軌道吊的雙箱裝卸、多種軌道吊柔性混合布局的自動化操作技術。

由于洋山地區不均勻的深厚軟土地基，帶來了碼頭堆場建設工程復雜、變形控制難的問題，技術人員創新提出深厚軟土地基-軌道基礎-軌道協同設計方法，研發了堆場雙重可調式軌道基礎和新型軌枕結構，形成了一套自動化集裝碼頭道路堆場沉降控制的創新技術，在有效解決地基問題的同時，還顯著節約了工期和投資。

【預計到2022年，單體碼頭年吞吐能力提升50%以上】

“與目前世界上最新建設的自動化集裝箱碼頭相比，洋山四期的智能化程度仍具有先進性，這體現了規劃設計的前瞻性，以及后續創新的可持續性。”上港集團副總裁方懷瑾告訴解放日報·上觀新聞記者。

洋山四期的成熟運行是我國港口科技發展新的里程碑，標志著上海國際航運中心參與國際經濟合作與競爭形成了新的“硬核”力量。開港三年多來，洋山四期的生產管控系統運行穩定，未發生因系統原因導致停產的情況。

面向超大型自動化集裝箱碼頭裝卸、堆存、轉運、進出道口等多種作業場景，智能生產管理控制系統這一指揮整個碼頭運作的“大腦”，還在不斷地升級迭代，以實現港口運營管理能力和綜合服務能力的不斷提升。

為持續保持技術領先優勢，在上海市科委支持下，上港集團牽頭承擔了“網絡協同制造和智能工廠”國家重點專項共性關鍵技術的研發，將進一步減少人工干預，優化資源任務匹配。

預計到2022年，該項目將完成我國首個擁有完全自主知識產權的超大型自動化集裝箱碼頭智能操作系統的升級研發，推進碼頭運營效率再次大幅提升，實現整體橋吊平均臺時效率提升10%以上、單體碼頭年吞吐能力提升50%以上。

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